實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星在軌模擬圖中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心供圖

實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星實(shí)拍中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心供圖

作為我國第一顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，實(shí)踐十號(hào)注定是與眾不同的。距離4月6日凌晨發(fā)射只有不到8小時(shí)的時(shí)間，實(shí)踐十號(hào)最后一個(gè)有效載荷才安裝到位，無論在在國內(nèi)還是國際衛(wèi)星發(fā)射史上，這都是十分罕見的。

這與實(shí)踐十號(hào)的使命不無關(guān)系。用實(shí)踐十號(hào)首席科學(xué)家、中國科學(xué)院力學(xué)所胡文瑞院士的話說，實(shí)踐十號(hào)是一顆“專為科學(xué)而生的”衛(wèi)星，對(duì)待這顆衛(wèi)星，“一切以科學(xué)實(shí)驗(yàn)為先”。

最后上星的載荷，是一項(xiàng)涉及生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)的胚胎培養(yǎng)箱，箱子里的生物樣本，一旦“激活”，需要最大限度地縮短在地面停留的時(shí)間，以減少地球重力的影響，因此，科學(xué)家選擇在最后關(guān)頭，將它裝上衛(wèi)星。

所有“乘客”登艙后，衛(wèi)星可以起飛了。此前，我國做這方面的實(shí)驗(yàn)，只能“搭順風(fēng)車”，擠進(jìn)其他用途的衛(wèi)星;如今飛走的，則是一顆中國人專門為微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)研究而研制的衛(wèi)星。這次發(fā)射，也被認(rèn)為是我國空間科學(xué)進(jìn)入穩(wěn)步持續(xù)發(fā)展階段的一個(gè)標(biāo)志。

為何非要到太空去做實(shí)驗(yàn)

為什么非要到太空去，有這個(gè)必要嗎?一個(gè)略顯簡單的回答是，因?yàn)椋挥性谀抢铮拍塬@得持續(xù)的微重力環(huán)境。這也是實(shí)踐十號(hào)另一個(gè)名字的由來——微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。

微重力，即某種意義上的“失重”。在一個(gè)空間中，當(dāng)微重力水平達(dá)到了10^-3g或10^-4g(g為地球重力加速度，記者注)，就處于“失重”狀態(tài)。相比于重力環(huán)境，失重是一種極端物理?xiàng)l件——極端，給人類探索未知帶來了更多可能。

用胡文瑞的話說，極端物理?xiàng)l件必然意味著重大突破，微重力涉及許多物理學(xué)重大問題。

事實(shí)上，地面也能“制造”失重。位于北京國家微重力實(shí)驗(yàn)室的百米微重力實(shí)驗(yàn)落塔，就是其中一個(gè)“制造者”，遺憾的是，高度百米的落塔只能夠給科學(xué)家提供短短3.5秒的微重力時(shí)間。要獲得更長的微重力時(shí)間，還是要到太空去。

這就帶來了另一個(gè)問題，我國將在2020年前后組建載人空間站，為何還要專門發(fā)射一顆衛(wèi)星來開展微重力實(shí)驗(yàn)?胡文瑞說，實(shí)踐十號(hào)能為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)比載人空間站更好的環(huán)境。

一個(gè)最顯著的特點(diǎn)，實(shí)踐十號(hào)能提供比空間站更優(yōu)的“微重力”環(huán)境。胡文瑞說，實(shí)踐十號(hào)的微重力水平，是地球表面重力的10^-4g，而太空站上僅為地球重力的10^-3g。

盡管載人空間站有實(shí)驗(yàn)時(shí)間長、有人參與等優(yōu)勢，但其殘余重力、機(jī)械動(dòng)力和人的活動(dòng)干擾可能給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來影響。畢竟，空間站要首先保證航天員的健康和安全。

實(shí)踐十號(hào)整體為柱錐組合體形狀，高約5.2米，直徑超過2米，盡管它是一顆中等尺寸大小的衛(wèi)星，但比起空間站有較高的機(jī)動(dòng)性。比如，可根據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，直到發(fā)射前幾個(gè)小時(shí)才將實(shí)驗(yàn)設(shè)備安裝就位，盡可能縮短實(shí)驗(yàn)樣品的射前安裝時(shí)間，尤其是生物實(shí)驗(yàn)樣品在常規(guī)重力環(huán)境下的生長發(fā)育時(shí)間。

“微重力實(shí)驗(yàn)也并不是在天上待的時(shí)間越長越好，實(shí)驗(yàn)完成之后，對(duì)結(jié)果的細(xì)致分析必須在地面上進(jìn)行。”實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師、中科院力學(xué)所研究員康琦說，返回式衛(wèi)星可以及時(shí)將樣品送回到地面，這樣的靈活機(jī)動(dòng)性是空間站不具備的一大優(yōu)勢。

在太空可以“實(shí)踐”人類繁衍嗎

從實(shí)踐十號(hào)總體負(fù)責(zé)單位中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心對(duì)外公布的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來看，這顆衛(wèi)星一共搭載了19個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷，涉及28項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，被人戲稱為19個(gè)“乘客”。

這是人類迄今為止，單次空間微重力和生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及種類最多的衛(wèi)星任務(wù)。胡文瑞說，這19個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，是從200多項(xiàng)申請(qǐng)中，按照創(chuàng)新性、可行性、必要性等科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)“精挑細(xì)選”而來，涵蓋微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學(xué)、空間輻射效應(yīng)、微重力生物效應(yīng)、空間生物技術(shù)6大領(lǐng)域。

這些看似枯燥的專業(yè)術(shù)語，卻有可能改變?nèi)祟愇磥砩詈蛧窠?jīng)濟(jì)樣貌。而這個(gè)未來的“期限”，也許就是幾年時(shí)間。

以其中的燃燒實(shí)驗(yàn)為例，導(dǎo)線絕緣層和典型非金屬材料這兩個(gè)微重力燃燒實(shí)驗(yàn)，就是針對(duì)載人航天器當(dāng)前最為“焦慮”的防火問題而設(shè)計(jì)。

內(nèi)部起火是衛(wèi)星、飛船、載人航天器等面臨的最大威脅之一，美國阿波羅13號(hào)飛船、俄羅斯的和平號(hào)空間站都有過慘痛教訓(xùn)。

美國前不久發(fā)射的“天鵝座”貨運(yùn)飛船，也將進(jìn)行太空微重力燃燒實(shí)驗(yàn)。對(duì)我國來說，此前，由于缺乏微重力條件下完善的防火規(guī)范，主要借鑒地面或航空的防火規(guī)范。

實(shí)踐十號(hào)所搭載的兩項(xiàng)燃燒實(shí)驗(yàn)，正是要觀察微重力條件下材料著火、燃燒以及煙氣析出的規(guī)律，并對(duì)比重力條件下的燃燒規(guī)律，為建立我國自己完整的航天防火規(guī)范服務(wù)。胡文瑞說，這將對(duì)未來我國空間站的防火問題起到重要作用。

更值得一提的是，實(shí)踐十號(hào)所搭載的生物實(shí)驗(yàn)，其中諸如體態(tài)輕盈的果蠅、上千只蠶卵等生物實(shí)驗(yàn)樣本，雖然小，卻有望為人類一些重大的終極命題的解開而開山辟路——

隨著人類走向太空，未來，哺乳動(dòng)物能在太空正常繁衍嗎?

以實(shí)踐十號(hào)搭載的小鼠早期胚胎為例，科學(xué)家希望以小鼠胚胎為研究對(duì)象，培養(yǎng)并顯微實(shí)時(shí)跟蹤觀察，看它在微重力環(huán)境中能否和在地球上一樣正常發(fā)育。這有可能為保障人類太空活動(dòng)中生殖發(fā)育健康提供科學(xué)依據(jù)。

此外，人類要想在宇宙空間中長期生存，就需要研究解決一系列空間生命課題，如失重、真空、宇宙輻射、高溫或低溫等宇宙環(huán)境因素對(duì)生命過程的影響。實(shí)踐十號(hào)所搭載的微重力條件下造血與神經(jīng)干細(xì)胞三維培養(yǎng)研究，則是沖著這一問題來的。這一實(shí)驗(yàn)是國際上首次開展。

“我們絕不會(huì)重復(fù)別人的實(shí)驗(yàn)。”胡文瑞說，這19項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，都是全新探索，有望獲取具有國際先進(jìn)水平的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大科技成果。

為什么打上去還要返回來

和人們所熟知的氣象、通信等應(yīng)用衛(wèi)星不同，作為一顆科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，實(shí)踐十號(hào)只有15天的壽命，并分為留軌艙和回收艙兩部分。

如果一切順利的話，實(shí)踐十號(hào)在軌飛行若干天后，其返回艙將返回地球，而留軌艙將繼續(xù)在軌工作3到5天。屆時(shí)，其全部9項(xiàng)空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)和2項(xiàng)微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)將在返回艙內(nèi)完成，科學(xué)家可取出實(shí)驗(yàn)樣品分析。與此同時(shí)，留軌艙還將繼續(xù)完成8項(xiàng)流體物理和燃燒實(shí)驗(yàn)。

康琦說，實(shí)踐十號(hào)上的一些生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)，有的在地面上就已經(jīng)開始了，其他實(shí)驗(yàn)在衛(wèi)星入軌后兩小時(shí)開始進(jìn)行，留軌艙的實(shí)驗(yàn)，采用“串聯(lián)”方式輪流進(jìn)行，而回收艙的實(shí)驗(yàn)，則以“并聯(lián)”方式同時(shí)進(jìn)行，經(jīng)過地面模擬飛行實(shí)驗(yàn)，確保它們不會(huì)相互干擾。

有返回，有留軌，這也是實(shí)踐十號(hào)的一大特點(diǎn)。事實(shí)上，我國已有10年時(shí)間，未曾發(fā)射過返回式衛(wèi)星。實(shí)踐十號(hào)工程總設(shè)計(jì)師、航天科技集團(tuán)五院研究員唐伯昶說，“我們?yōu)樗可矶ㄖ屏嗽S多新功能，既要保證實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)，又要守護(hù)它平安返家。”

中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心對(duì)外披露，實(shí)踐十號(hào)飛行期間，科研人員可在衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)任務(wù)運(yùn)行中心通過衛(wèi)星下傳視頻、圖片看到各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程，通過獲得的數(shù)據(jù)開展研究。返回艙回到地球后會(huì)很快開啟，回收的實(shí)驗(yàn)裝置會(huì)被送到各研究單位進(jìn)行研究。

該中心主任吳季表示，作為一個(gè)航天大國，我們?cè)诳臻g技術(shù)以及空間應(yīng)用方面做出了讓世人矚目的成績，但是從航天大國轉(zhuǎn)變成一個(gè)航天強(qiáng)國的時(shí)候，空間科學(xué)領(lǐng)域是我們的一個(gè)短板，“如果要彌補(bǔ)這一短板，必須轉(zhuǎn)變重技術(shù)、輕科學(xué)的做法。”

在他看來，此次實(shí)踐十號(hào)作為一顆科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的發(fā)射，是一個(gè)進(jìn)步。

若干天后，實(shí)踐十號(hào)返回艙，將會(huì)在內(nèi)蒙古四子王旗“回家”。吳季說，不管是發(fā)射還是返回，對(duì)于中國空間科學(xué)研究都是一個(gè)新的開始，而在其后不久，隨著量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星和硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星的發(fā)射，我國空間科學(xué)將邁上一個(gè)新的臺(tái)階。